基本介紹
- 中文名：電腦數據存貯器
- 別名：存儲器
簡介,第一級存儲器,第二級存儲器,第三級存儲器,存儲器的特性,易失性,讀寫性,訪問法,定址法,容量,性能,基本存儲技術,使用電源,
簡介
存儲器通常指的是半導體存儲器隨機存取存儲器，特別是動態隨機存取存儲器 (Dynamic-RAM)。存儲器是速度快但只能暫時存儲數據的設備。歷史上，存儲器被稱為主存、內部存儲器，存儲設備被認為是第二級存儲設備、外部存儲器。然而在中國內地的智慧型電話中，通常用“記憶體”指代第二級儲存裝置，RAM被稱作“運存”。
有許多不同的存儲設備已被發明。到當前為止，任何一種存儲設備都有其缺點，因此一台電腦通常都有好幾種不同種類的存儲設備，每一種都有其特別的功能。
電腦使用二進制來處理數據。檔案、數字、圖形、影音，或是其他數據都可以用一串比特來表示，每一個比特的值不是一就是零。最常見的存儲單位是位元組，一位元組等於八比特。一份數據可以被任何具有足夠容量去容納該數據大小的電腦所處理。
傳統上，一部電腦最重要的組件是中央處理器 (CPU)，因為它負責處理數據，進行所有計算，並且控制電腦內其他所有組件。中央處理器包含兩個部分: 控制單元以及算術邏輯單元 (ALU)。前者控制數據在中央處理器及存儲器之間的流動。後者處理數據的邏輯運算。
如果沒有足夠的存儲器，電腦將只能進行固定的工作而且立刻將結果輸出。這在計算機及數位訊號處理是可接受的。馮·諾伊曼結構機器擁有足夠的存儲器去存儲正在運行的指令集以及數據。結果使電腦不用為了運行一個新的程式而改變硬體的配置，使程式設計變得簡單，大部分的電腦都是馮·諾伊曼結構。
實際上，幾乎所有電腦都有各種不同的存儲器，這些存儲器在中央處理器旁邊，構築成存儲器層次結構，在效率和花費兩者之間的拉鋸中，在層次結構中較低層的存儲器， 頻寬較低，而且數據到中央處理器的時間也較久，遲滯時間較長。傳統上分第一級，第二級，第三級，離線存儲器。
第一級存儲器
歷史上，早期的電腦使用延遲線，威廉士管作為主要的存儲器。在1954年，磁芯存儲器被開發出來大幅取代了上述不太穩定的方法。磁芯存儲器維持優勢至1970年代，此時積體電路技術的進步，使得半導體存儲器在價格上變得便宜而有競爭力。
這使得現代化的隨機存取存儲器 (RAM)被製造出來。該款存儲器的重量輕，尺寸小，然而十分昂貴。(這種存儲器被用來做成第一級存儲器，同時它也是易失性存儲器，意思就是當電力不再供應時，存儲器內的數據就會消失)。
在第一級存儲器的內部除了主存，也就是隨機存取存儲器外，還分有兩個或兩個以上的子層:
主存藉存儲器匯流排與中央處理器連線。有兩種不同的匯流排：地址匯流排以及數據匯流排。一開始中央處理器藉位置匯流排傳送數字，這數字就是存儲器位置，其指出數據的位置。然後中央處理器用數據匯流排將數據讀出或寫入。此外，記憶體管理單元 (MMU)是一種介於中央處理器跟主存的設備，用來重新計算存儲器位置，例如提供虛擬地址。
由於RAM具有易失性(引導時裡面是空的)，這樣的話電腦就無法存儲引導時需要的指令，因此，非易失性存儲器存儲了運行引導的程式 (BIOS)，為了讀取較大的程式，先自第二層的非易失性存儲器讀取到隨機存取存儲器，然後運行程式。一種存儲器因著這目的被制出，就是唯讀存儲器(唯讀存儲器也是屬於隨機存取)。
許多隻讀存儲器並不僅僅只能讀取，雖然速度慢，但數據還是可以抹除並重新寫入。一些嵌入式系統直接使用唯讀存儲器來跑程式，因為程式幾乎不會變化，當前的電腦將數據存於第二層非易失性的存儲器，而非唯讀存儲器，這是比較經濟的做法。
第二級存儲器
第二級存儲器(又稱外部存儲器或輔助存儲器)，和第一級存儲器不同的是，第二級存儲器和中央處理器並沒有直接連通，電腦經常使用存儲器的I/O通道來與之連線。第二級存儲器使用數據緩衝器來將數據傳送至第一級存儲器。在不供應電源的情況下，第二級存儲器的數據仍然不會消失—這表示它是非易失性的。
現今的電腦，硬碟被廣泛地做為第二層存儲器，硬碟訪問數據的時間大約是幾千分之一秒，或是幾個毫秒。然而，隨機存取存儲器訪問數據的時間僅有幾十億分之一秒，或是幾個納秒。硬碟的速度只有存儲器訪問速度的百萬分之一。
當數據存儲於碟片時，將數據傳送到區塊可降低遲滯時間，提升效率，這樣的話需要外部存儲器算法。連續訪問和區塊訪問的速度比隨機存取要快得多，所以許多尖端的存儲器都在開發更有效率的算法來運行連續訪問或區塊訪問。一個突破I/O瓶頸的方法是使用多重磁碟，可以增加第一級與第二級存儲器之間的頻寬。
第二級存儲器通常被設計成匹配檔案系統的格式，這使得數據可以存儲在目錄和電腦檔案內。
大部分的作業系統使用了虛擬記憶體的概念，第一級存儲器的物理容量雖然不變，但可以藉挪用第二級存儲器的空間來增大第一級存儲器的容量。系統會將最少使用到的區塊(頁)移至第二級存儲器(置換檔案或標籤頁檔案)，當這些檔案被需要時再將它們取回，當愈多檔案需要從第二級存儲器中取回，電腦的性能就愈低。
第三級存儲器
第三級存儲設備或第三級存儲器，這是指可直接插入或自電腦拔除的存儲設備；裡面的數據在被使用前通常都會複製到第二級存儲器內。該款存儲器的訪問速度比第二級存儲器要慢得多(5–60秒 vs. 1–10毫秒)。該款存儲器的優勢在於其擁有龐大的存儲空間，典型的例子包含磁帶櫃和光學記錄庫。
存儲器的特性
所有的存儲器都可以用其核心的特性以及可以用測量而得知的性能，容量來區分。核心的特性有易失性，讀寫性，訪問法，以及定址法。測量得知的特性有性能跟容量。
易失性
1.非易失性存儲器
數據在電源不供電的狀態下仍能保存。這適用於須長期使用的數據。
2.易失性存儲器
數據需要有持續不斷的電力才能保持。當前訪問速度最快的存儲器是屬於易失性的。因為第一級存儲器需要極快的速度，所以採用易失性存儲器。
2.1動態隨機存取存儲器
一種易失性存儲器，數據需要每隔一段時間就重新讀取或重新寫入，否則數據將會消失。
2.2靜態隨機存取存儲器
一種類似DRAM的存儲器。不同的是在電力持續供應的狀態下，它不用被重新寫入或是讀取數據(如果沒有電力來支持，數據還是會消失)。
讀寫性
可讀寫的存儲器
它允許數據在任一時間被改寫。如果一台電腦的第一級存儲器不是可讀寫的(至少要有一定數量的第一級存儲器是可讀寫的)，那這台電腦將無法運行各種任務。而第二級存儲器也有許多是可讀寫的。
唯讀存儲器
存儲器內的數據通常不會變，但有時允許數據寫入(Write Once Read Many)這種存儲器也被叫做不可變存儲器，主要備用在第三級跟離線存儲器上， 例如CD-ROM以及CD-R。
快速讀取低速寫入存儲器
例如CD-RW和快閃記憶體。
訪問法
隨機存取
在任何的時間，任何的位置都可以被訪問。這適合第一級與第二級存儲器。
循序訪問
要訪問的信息依照順序來訪問，一個接著一個；訪問時間長短取決於哪一項數據是最後訪問的，這是離線存儲器的特徵。
定址法
區塊定址
根據存儲器區塊的物理地址來訪問數據。在當前的電腦，區塊定址通常只在第一級存儲器出現，由電腦程式來訪問，而且訪問的效率很高，不過對人而言這是個負擔。
檔案定址
數據被分區成檔案，檔案依照人類可讀的名稱或檔案名稱稱而被選擇，其實這也是一種區塊定址，不過作業系統會將檔案抽象化，從而讓工作更容易被理解。在當前的電腦，第二級，第三級，離線存儲器採用這種方法來定址。
內容定址
數據依據本身的內容被訪問。內容定址被使用於軟體 (電腦程式)或硬體 (電腦設備)，這讓硬體變得有效率，但也變得比較昂貴。硬體內容定址存儲器通常被用於CPU快取。
容量
原始容量
存儲設備或媒介可以保存被存儲信息的總量。以比特或位元組表示(例如10.4 百萬位元組)。
存儲器存儲密度
每單位長度，面積，體積的存儲器可以存儲的容量(例如每平方英寸1.2百萬位元組)。
性能
遲滯時間
訪問存儲器內部特定區域數據所花的時間。在第一級存儲器中，以納秒作為合理的計量單位，第二級存儲器以毫秒作為計量單位，以秒作為第三級存儲器的計量單位或是。遲滯時間可以合理的分為讀取的遲滯時間和寫入的遲滯時間，以循序訪問存儲器來說，有最短、最長與平均遲滯時間。
吞吐量
將數據讀取到或是寫出存儲器的速度。吞吐量通常表示為百萬位元組/秒或是 MB/s，比特率也被使用著。就跟遲滯時間一樣，讀和寫的速度算做兩筆不同數據。訪問數據的速度取決於最大吞吐量。
粒度
能以單獨一個單位被有效率的訪問的最大片數據的大小, 例如, 沒有引發更多的遲滯時間 。
可靠度
在不同的條件下，非自發性的比特值改變, 或整體故障率。
基本存儲技術
直至2008年，最常用的數據存儲技術是半導體、磁性、光學，同時還看到一些使用紙張作存儲。也有一些曾於過去使用或是在將來會使用的數據存儲技術。
使用電源
部分設備在待用模式下，減少使用風扇，將可減少能源消耗百分之九十。
